Cokesoven vuurvaste reparaties

Reparaties van vuurvaste cokesoven

De batterij van de cokesoven is een vuurvaste structuur, vervat in een stalen en/ of betonnen exoskelet. Dit exoskelet wordt in zijwaartse richting bij elkaar gehouden door een reeks trekstangen tussen stalen bokstagen. De boksteunen zijn verticale stalen balken aan de uiteinden van de verwarmingswanden tussen de ovens. In lengterichting strekken de trekstangen zich uit tussen de rondselwanden aan beide uiteinden van de batterij.

De verwarmingswanden zijn traditioneel gemaakt van vuurvaste silica. Silica is het vuurvaste materiaal bij uitstek omdat, bij normale bedrijfstemperaturen van de cokesovenbatterij, silica-vuurvast materiaal onderhevig is aan minimale kruip. Aangezien bijna alle uitzetting van silicastenen plaatsvindt bij temperaturen beneden 650 °C, hebben de gematigde temperatuurschommelingen van de wanden geen effect op de volumestabiliteit van het vuurvaste materiaal dat de wand vormt tijdens normaal bedrijf van een batterij.

Cokesovenbatterijen hebben een levensduur van twintig tot veertig jaar, afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden en het batterijonderhoud. Er zijn verschillende voorbeelden van cokesovenbatterijen die 40 tot 50 jaar meegaan dankzij de juiste werking en tijdige reparatie. Er zijn ook gevallen waarin het falen van vuurvaste materialen voor cokesovens zich heeft voorgedaan in minder dan 10 jaar van de werking ervan. Gewoonlijk vereist een batterij specifieke reparaties aan vuurvaste materialen, staalwerk of machines. Deze reparaties verlengen, mits correct uitgevoerd, de levensduur van de batterij.

Om de levensduur van de cokesovenbatterij te verlengen, is het essentieel om schade aan de ovenwand te voorkomen. Het is vooral belangrijk om steenbreuk te voorkomen, omdat hierdoor een opening in de bakstenen muur ontstaat en de oven moet worden gestopt, en het metselwerk van de oven tijdens het stationair draaien verder kan worden beschadigd.

De wanden van de cokesoven zijn onderhevig aan mechanische belasting en thermische belasting, bestaande uit herhaalde verwarming en koeling tijdens routinematig gebruik, en daarom wordt de schade aan hen jaar na jaar steeds erger. Er zijn twee belangrijke soorten schade aan de wanden van de cokesoven. Deze zijn als volgt.

• Afname van de dikte van de bakstenen muur – Koolafzettingen op het ruwe oppervlak van de muur veroorzaakt door erosie van de baksteen en het verlies van mortel gedurende de vele jaren van werking van de oven. Naarmate de koolstofafzettingen van de muur vallen of loskomen, pelt het meer van de desintegrerende baksteen af, waardoor verdere erosie van het metselwerk wordt veroorzaakt.
• Het optreden en de verspreiding van verticale doorgaande scheuren - Onder de mechanische impact tijdens het opladen van steenkool en de thermische spanning die wordt veroorzaakt door de herhaalde verwarming en afkoeling, vormen zich longitudinale scheuren die uiteindelijk de verbrandingskamer bereiken. Als koolstof in die scheuren komt, zet het ovenlichaam uit.

De redenen voor de schade aan de vuurvaste materialen van de ovens zijn de volgende.

• Slijtage en natuurlijke aantasting van de vuurvaste materialen als gevolg van de leeftijd, resulterend in verlies van dikte, toegenomen oppervlakte-agressie en afbladderen van bakstenen muren van ovens.
• Overtreding van de technologische discipline tijdens de batterijwerking.
• Beweging van verwarmingsmuren als reactie op een ongebalanceerd drukverschil over de verwarmingsmuur.
• Overmatige cokesdruk op de wanden tijdens carbonisatie. Deze cokesdruk is afhankelijk van de eigenschappen van de cokeskolen.
• Duwende storingen veroorzaakt door de plakoven. Een harde duw kan leiden tot wandbreuk omdat een plaatselijke kracht van ongeveer 600 N vaak optreedt onder de harde duwconditie en de toelaatbare limiet bereikt in beschadigde ovens

De levensduur van de ovenvuurvaste materialen is afhankelijk van het bedrijfsrendement, de tijdige diagnose van de schade en de kwaliteit van het preventief onderhoud. De eerste kleine beschadigingen aan het metselwerk zijn te zien in de eerste jaren van gebruik. Vanaf dat moment wordt het ontwikkelingskarakter van schade steeds complexer. De complexe aard van de ontwikkeling van de schade aan de ovenwand wordt getoond in Fig 1.

 Fig 1 Ontwikkeling van de schade aan de ovenwanden

Verder, naarmate de beschadiging van de bakstenen van de ovenmuur steeds meer opvalt, neemt het optreden van falen van het duwen en andere problemen die een stabiele werking van de cokesoven belemmeren ook toe. Onder deze omstandigheden wordt het steeds moeilijker om de problematische cokesovens efficiënt te repareren met conventionele methoden. Daarom is vroege detectie en kwantitatieve analyse van de beschadigde delen van ovenwanden essentieel voor geplande en tijdige reparaties van de vuurvaste materialen van de oven.

De reparatie van vuurvaste cokesovens vereist veel expertise. De vuurvaste hete reparatietechnieken van de cokesovenwand moeten aan de volgende criteria voldoen.

• Er is geen onderbreking van de productiecyclus.
• De methode is betrouwbaar en zorgt voor een lange levensduur van de gerepareerde delen van de muur.
• De methode is eenvoudig, kosteneffectief en tijdbesparend.

De vuurvaste reparatiewerkzaamheden kunnen zowel in koude toestand (de zogenaamde koude reparaties) als in warme toestand (de zogenaamde warme reparaties) worden uitgevoerd. Er zijn drie soorten hete reparatiemethoden die worden toegepast voor het repareren van cokesovenstenen. Deze worden hieronder beschreven.

Koude reparaties

Als een volledige batterij met doorlopende wanden moet worden vervangen van de ovenvloer tot de onderkant van het ovendak, kan de reparatie worden uitgevoerd terwijl de vuurvaste batterij is afgekoeld tot atmosferische temperatuur. Dit type reparatie dat wordt uitgevoerd nadat de batterij is afgekoeld, staat bekend als koude reparatie van de batterij.

De vervanging van de doorgaande wanden van een volledige batterij wordt bereikt door de batterij onder gecontroleerde omstandigheden te laten afkoelen voordat de reparaties worden uitgevoerd. Het afkoelen kan tot 21 dagen duren, gedurende welke tijd de ovenwanden onder druk worden gehouden door de bovenste en onderste trekstangen aan te passen. De ovendaken moeten worden ondersteund. Nadat de muren zijn herbouwd en vóór het opwarmen, worden alle schijven uit de regenerator verwijderd en moeten eventuele scheuren in de pilaarmuren worden schoongemaakt en met keramische floss worden ingepakt voordat de schijven worden teruggeplaatst om de uitzetting van het metselwerk tijdens het opwarmen niet te belemmeren.

De gerepareerde batterij wordt op dezelfde manier opgewarmd als een nieuwe batterij.

Een gerepareerde batterij met geheel nieuwe doorlopende wanden, met goed onderhoud, heeft naar verwachting een levensduur van ongeveer 15 tot 20 jaar tegen een fractie van de kosten van een nieuwe cokesovenbatterij.

  Geweerreparaties

  Met betrekking tot de gunite-procedures zijn er de droge en natte gunning en de spuitmethoden. Om een ​​optimale levensduur van de gecoate spuitmaterialen te bereiken, moeten veel factoren in overweging worden genomen. Dit begint met de verschillende schietmachines, schietuitrustingen en accessoires en eindigt met de economische en ecologische verwerking.

Bij de verwerking van vuurvaste reparatieproducten is het van belang dat altijd de optimale mengverhouding van materiaal en water wordt ingesteld. Vooral bij de schietreparatie is een gelijkmatige materiaalstroom belangrijk om de ontwikkeling van stof en terugslag te verminderen.

Voor de schietreparatie van reparaties aan cokesovenstenen wordt normaal gesproken een rotorschietmachine gebruikt. Hier wordt de dosering uitgevoerd door een systeem dat bestaat uit rotor en pakkingringen. De aandrijving gebeurt door een elektrische reductiemotor of een persluchtmotor. De machine is solide, handzaam, mobiel en geschikt voor schietcapaciteiten van 0,25 kubieke meter/uur tot 4,0 kubieke meter/uur.

Geweerreparaties zijn niet erg effectieve reparaties en geven tijdelijke en nogal cosmetische resultaten.

Keramische lassen

Keramisch lassen is een algemeen erkende reparatiemethode. Keramische lastechnologie biedt ruime mogelijkheden voor reparatie van voeringen van verschillende fysische en chemische samenstellingen om de levensduur van hogetemperatuurreactoren te verlengen. Deze technologie is in Europa ontwikkeld voor toepassing in glasovens. Deze technologie werd later aangepast aan cokesovens voor het uitvoeren van de hete reparatie van de beschadigde vuurvaste materialen in de cokesovenwanden. De technologie zorgt voor maximale weerstand van gerepareerde gebieden met een minimale negatieve impact op het metselwerk. Langdurige gerepareerde delen van vuurvaste cokesoven kunnen worden bereikt op basis van de geavanceerde keramische lastechnologie met behulp van hoogwaardige materialen.

Het keramische lasproces werd voor het eerst toegepast in de jaren 70. Dit hete reparatieproces wordt gebruikt om de vuurvaste cokesoven op bedrijfstemperatuur te repareren met minimale verstoring van de productie. Het reparatiemateriaal is keramisch gebonden aan het beschadigde vuurvaste materiaal, gebruikmakend van een smeltproces dat een exotherme reactie van meer dan 2200 ° C genereert. De hechtsterkte van keramisch lassen zorgt voor een superieure reparatie die de structurele integriteit van het oorspronkelijke metselwerk herstelt.

Voor het keramisch lassen wordt een pneumatisch straalsysteem gebruikt om het vuurvaste materiaal te reinigen. Dit reinigingsproces moet worden uitgevoerd met minimaal trauma aan het omringende vuurvaste materiaal.

Keramisch lassen bereikt wat de naam aangeeft, namelijk het lassen van silicabaksteen in de cokesoven. Dit wordt bereikt door een poedermengsel, rijk aan silica, door een kleine pijplans te transporteren via een met zuurstof verrijkte persluchtstroom. Het poedervormige silicamengsel wordt uit het uiteinde van de lans gespoten en ontsteekt, bijna explodeert, tegen de hete wand van de cokesoven. De hitte van de reactie dringt door de silicabaksteen en creëert een plastische zone van silica. De reactie verandert ook het poedervormige silicamengsel in een gesmolten massa, die zich hecht aan de bovengenoemde plastische zone op de silicasteen. Het uiterlijk is vergelijkbaar met dat van een lasverbinding. Ook zijn de effecten vergelijkbaar, aangezien nieuw, even sterk materiaal wordt afgezet op bestaande versleten en gebarsten silicabaksteen. Bij het keramisch lassen zijn de volgende aspecten van belang.

• Affiniteit van chemische en minerale samenstelling van de keramische lasmaterialen met de eigenschappen van het te restaureren metselwerk
• Identiteit van de structurele fasesamenstelling van vuurvast materiaal
• Sterke inter-atomaire (kristallijne) koppeling van gelaste laag en het metselwerk van de ovenmuur

Keramische lasmethode kan niet alleen scheuren en spanen lassen, maar ook grote gebiedsdefecten, zoals holtes. Bovendien maakt de technologie het betrouwbaar lassen van voegen van oud en nieuw metselwerk mogelijk.

Goed geïnstalleerd, keramisch lasmateriaal heeft twintig jaar dienst gedaan. De gemiddelde keramische las gaat echter ongeveer 10 jaar mee.

Schema voor keramisch lassen wordt getoond in Fig 2.

 Afb. 2 Schema voor keramisch lassen

Opnieuw metselen van de wanden van de hete cokesoven

Het opnieuw metselen van warme verwarmingsmuren tot op verschillende diepten om het volledig opnieuw te metselen is ook een erkende effectieve methode van reparatie. Metselwerkreparaties die gewoonlijk worden uitgevoerd, zijn de vervanging van eindkanalen, de vervanging van ovenwanden tussen de ovenvloer en het ovendak en noodreparaties in de ovenkamer. Deze reparaties worden uitgevoerd terwijl de batterij in de hete staat is om cokes te maken.

Reparatie van metselwerk aan de ovenmuur kan bestaan ​​uit het plaatsen van doorgaande wanden (duwzijde naar cokeszijde) boven de ovenvloer en onder het ovendak. Tegelijkertijd kunnen er metselwerkreparaties worden uitgevoerd in het consolegebied en kunnen het metselwerk en de afzonderlijke ovendaken worden vervangen.

De reparatie wordt uitgevoerd met de batterij in warme toestand met een of twee bufferovens (lege ovens) aan elke kant van de muur die wordt gerepareerd. De andere ovens van de batterij produceren mogelijk cokes. Voordat de beschadigde muur wordt gesloopt, moeten er daksteunbalken worden aangebracht in de aangrenzende ovens, moeten isolerende panelen worden geïnstalleerd op de aangrenzende hete muren, moeten er spoorbruggen voor de laadwagen worden geïnstalleerd op de bovenkant van de oven en moeten er ondersteuning worden aangebracht voor het dak van de oven waaronder de muur wordt vervangen. Er moet op worden gelet dat de warmte in de regeneratoren en op de aangrenzende muren behouden blijft. Hieronder volgen de belangrijkste kenmerken van dit soort reparaties.

• Originele vormen van silicabakstenen worden gebruikt.
• Het leggen wordt uitgevoerd met verlijming van designstenen bij elke laag, inclusief de verbinding van oude en nieuwe delen.
• Gedeeltelijke opwarming en uitzetting van metselwerklagen vindt continu plaats dankzij warmtegeleiding en stralingswarmte-uitwisseling van de aangrenzende verwarmde wanden en restdelen van de gerepareerde wanden.
• De uiteindelijke verwarming van de gerepareerde muur wordt uitgevoerd en duurt meestal ongeveer 8 tot 10 dagen,
• Restergroei van metselwerk (bij uiteindelijke opwarming tot bedrijfstemperatuur na reparatie) is onbeduidend, dat zorgt voor duurzaamheid en gasdichtheid van het uitgevoerde nieuwe metselwerk.

De beste resultaten van het realiseren van warme reparaties, waarbij de processen van metselwerk en gedeeltelijke verwarming van gelegd metselwerk worden gecombineerd, worden bereikt onder de volgende voorwaarden.

• Silica baksteen van hoge kwaliteit wordt gebruikt voor reparatie
• Reparatie wordt tegelijkertijd aan één muur uitgevoerd
• De diepte van het opnieuw metselen mag niet minder zijn dan 4 verticale lijnen, inclusief silica en vuurvaste verticale rookkanalen en dakbedekkingszones van ovens
• Tijdens de reparatie van de verwarmingsmuur moeten ook de bakstenen van de ovenzool en de beschadigde stenen van de onderlagen van het eindgedeelte van de verwarmingsmuur worden vervangen (evenals in de cokeskamer)

De veiligheid van de aangrenzende muren wordt bereikt door temperatuurbehoud (750 ° C tot 850 ° ?) in verwarmingsmuren tijdens de reparatie, waardoor modificatietransformaties van silica worden uitgesloten.

Het fundamentele probleem bij het gebruik van vuurvaste silica bij warme reparaties is het behoud van de duurzaamheid en gasdichtheid van een doorlopende verticale voeg tussen het oude en nieuwe metselwerkgedeelte als gevolg van vervormingen bij verwarming, veroorzaakt door aanzienlijke thermische lineaire uitzetting van silica (1,2% tot 1,4%). ). Daarom worden in sommige landen reparaties van metselwerk van cokesovens uitgevoerd met modules van gesmolten kwarts, met een kleine thermische uitzettingscoëfficiënt van 0,2% tot 0,3%.

De voordelen van deze reparatiemethode zijn als volgt.

• De reparatie verlengt de levensduur van de cokesovenbatterijen met 7 tot 12 jaar, op voorwaarde dat de technologische discipline voor het gebruik van de batterij behouden blijft.
• Aangezien de reparatie alleen van versleten/beschadigde kamers wordt uitgevoerd, stopt de productie van de batterij niet, in tegenstelling tot koude reparaties die meer dan 12 maanden duren zonder dat de batterij wordt geproduceerd.
• Tijdens de reparatie van dergelijke cokesovens worden de versleten delen van verankering (flitsplaten, deurkozijnen, delen van ankerkolommen, trekstangen) en vuurvast metselwerk vervangen. Dit verslechtert de staat van het metselwerk en de verankering die niet worden vervangen niet.
• Hete reparatie van de batterij heeft meer technisch-economische voordelen ten opzichte van koude reparaties. De reparatiekosten bedragen 30% tot 40% van de kosten van de koude reparaties.